Diencefalul – zona aflată deasupra mezencefalului, între emisferele cerebrale. În interiorul său se află ventriculul III. Diencefalul este organizat sub formă de mase de substanță cenușie, numite nuclei. Unul dintre acești nuclei se numește talamus și reprezintă un centru de integrare al impulsurilor senzoriale.

Funcțiile specifice ale talamusului sunt:

• de a direcționa majoritatea semnalelor senzoriale (excepție fac mirosul, văzul, auzul) spre cortexul cerebral;
• de a direcționa către cortexul cerebral semnale care mențin starea de veghe;
• de a procesa senzații brute

O altă parte care intră în alcătuirea diencefalului este hipotalamusul, care are rolul de a transmite și a primi semnale spre și dinspre emisferele cerebrale și talamus. În acest fel controlează acțiunile sistemului nervos vegetativ și glanda hipofiză, menținând astfel homeostazia organismului.

Neuronii din alcătuirea hipotalamusului produc hormoni printre care se numără și unii care controlează activitatea glandei hipofizei (pituitare). Unii dintre acești hormoni sunt depozitați în glanda hipofiză pe care îi va elibera ulterior și acționează asupra a numeroase viscere, reglându-le activitatea. În acest fel, hipotalamusul furnizează o corelare funcțională și structurală între SN și sistemul endocrin.

Activități asociate hipotalamusului sunt și:

• senzația de foame;
• reglarea greutății;
• reglarea temperaturii corporale;
• reglarea echilibrului hidric;

Alături de sistemul limbic, contribuie la răspunsul fiziologic în fața experiențelor emoționale.

Sistemul limbic este alcătuit dintr-o serie de structuri dispuse în jurul corpului calos. Sistemul limbic este implicat în emoții conectate de supraviețuire (este asociat cu sentimente de teamă, furie, plăcere, supărare), și astfel poate influența semnificativ comportamentul unui individ. La nivelul sistemului limbic se află centrii plăcerii și pedepsei, iar hipocampul este cel care decide care amintiri sunt stocate. Totodată, sistemul limbic are rol și în generarea sentimentelor și a emoțiilor.

Trunchiul cerebral – este un țesut nervos împărțit în structuri (mezencefal, punte, bulb rahidian (medulla oblongata)) care fac legătura între emisferele cerebrale și măduva spinării.

Mezencefalul – este delimitat de punte și diencefal. Neuronii din mezencefal au rol de centri reflecși. În traseul lor spre encefal, fibrele nervoase ale mezencefalului se leagă cu restul segmentelor trunchiului cerebral și ale măduvei spinării. Pe partea inferioară a mezencefalului se află tracturi corticospinale care fac legătura între encefal și măduva spinării.

Funcțiile specifice ale mezencefalului sunt:

• are funcție de releu pentru semnalele senzoriale între măduva spinării și talamus;
• are funcție de releu pentru semnalele motorii între cortexul cerebral, punte și măduva spinării;
• exercită control asupra mișcărilor reflexe ale capului și ale globilor oculari ca răspuns la stimuli vizuali;
• exercită control asupra mișcărilor reflexe ale capului și trunchiului ca răspuns la stimuli auditivi.

Puntea – proeminență a trunchiului cerebral care separă mezencefalul de medulla oblongata. În principal, în alcătuirea punții intră fibre nervoase care transmit mesaje dinspre medulla oblongata înspre emisferele cerebrale și înapoi. Totodată, puntea are funcție de releu și între emisferele cerebelare și între cerebel și emisferele cerebrale.

Bulbul rahidian (medulla oblongata) – partea superioară, dilatată a măduvei spinării, care o leagă de restul structurilor din cutia craniană. Bulbul rahidian constituie un pasaj de trecere pentru fibrele nervoase care vin de la emisferele cerebrale și merg către măduva spinării, trecând prin bulb. Totalitatea fibrelor nervoase cu traiect descendent traversează bulbul, iar unele se intersectează (Completare: mai corect ar fi "încrucișează") și formează decusația piramidală. Această decusație face ca impulsuri nervoase ce provin de la o emisferă cerebrală să ajungă pe partea opusă a corpului.

La interior, bulbul deține nuclei ce funcționează ca centri de control ai unor activități, cum ar fi: activitatea cardiacă – frecvența cardiacă, presiunea sangvină – vasoconstricția, reglarea respirației – frecvența respiratorie, alte activități involuntare: strănut, tuse, vomă, deglutiție.

Tot la nivelul bulbului se află grupuri de nuclei denumite formațiunea reticulară. Aceștia se extind atât în punte, cât și în mezencefal. Aceste structuri pregătesc cortexul cerebral pentru interpretarea impulsurilor senzoriale primite și stimulează procesele cognitive. Totodată, formațiunea reticulată conține nuclei implicați în starea de veghe și de somn.